催化剂方程式里的目标刻度
大二下学期的材料系实验室，离心机的嗡鸣裹着消毒水味，在四月的空气里荡开。导师把“新型光催化材料制备”课题的核心任务推到我面前时，实验台的窗台上，往届师兄留下的TiO₂纳米管样品还装在棕色瓶里，标签写着“粒径68nm，光响应截止波长420nm”——那是紫外光区，离可见光还差得远。我的任务目标很明确：三个月内，合成出直径50nm以下、光响应范围扩展到400-600nm可见光区的TiO₂纳米管，催化效率比现有工艺提升至少15%。导师说这话时，手指敲着文献里的一区论文截图，“你们这届若能摸到这个标准，就能把课题组的成果往前推一大步。”
目标像模具，先把模糊的“做好样品”压成具体的尺寸。我在实验记录本第一页画了三个框：第一个框写“粒径≤50nm”，第二个框画光谱曲线，从400nm到600nm用红笔标上“需有吸收峰”，第三个框是降罗丹明B的效率曲线，目标线画在85%现有工艺是74%。
第一次水热合成，用10mol/L的NaOH溶液，180℃反应12小时。离心机转，取少量样品滴在铜网上，送透射电镜室。下午拿到照片，纳米管像被捏扁的吸管，直径70nm，比目标大了近一半。我对着照片坐了一小时，把NaOH浓度降到8mol/L，第二次粒径62nm，还是超了。半夜翻到一篇日本学者的论文，说表面活性剂PEG的分子量会影响形貌，之前用的PEG-6000分子量太大，换成PEG-4000试试。第三次，电镜下的纳米管细了一圈，标尺量过去，52nm，离50nm只差2nm。
光响应范围是另一座山。纯TiO₂的禁带宽度3.2eV，只能吸收紫外光。文献说掺杂非金属元素能缩小禁带，我选了N元素，按3%的原子比掺杂。紫外-可见分光光度计扫描出来，吸收边红移到550nm，刚够到可见光区的边。再提高掺杂量到5%，红移到600nm，光谱图上的吸收峰像终于爬到山顶的旗子，稳稳立在可见光区。
最后两周测催化效率。把纳米管涂在玻璃片上，放进罗丹明B溶液，紫外灯照4小时。第一次降率82%，比现有工艺高8%，离15%还差7个点。盯着搅拌中的溶液，突然想起水热反应时间——之前都是12小时，若延长到16小时，管壁会不会更薄，比表面积更大？调整反应时间，最后一次样品涂在玻璃片上，像撒了一层淡蓝色的雾。4小时后，分光光度计显示罗丹明B的特征峰从1.2吸光度降到0.18，降率92%。
三个月后，导师拿着最终的检测报告，粒径48nm，光响应范围400-620nm，催化效率提升18%。他没说话，只是把那片淡蓝色的玻璃片举到阳光下，纳米管在光线下泛着细碎的光，像把三个月的目标刻度，都凝在了那些50nm的小管里。